第四章 测量系统的基本特性课件.ppt

学 习 要 求 1 掌握测试系统的静态标定的概念及意义，常用的静态特性参数的定义及标定数据的处理计算方法； 2 表征测试系统动态特性的主要指标及其计算方法； 3 掌握测试系统动态特性分析方法（传递函数、频响函数、运动微分方程）； 4掌握不失真测量之条件； 5 了解典型激励的系统瞬态响应，测量系统的动态特性参数的获取方法及动态误差修正方法。 一般测量系统由三个基本环节组成： 　 欲使测量结果具有普遍的科学意义，测量系统应当是经过检验的。 标定：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程称为标定。 　　输入到测量系统中的已知量是静态量还是动态量，标定分静态标定和动态标定。 ②端点平移线 平行于端点连线，且与实际静态特性（常取平均特性为准）的最大正偏差和最大负偏差的绝对值相等的直线； ③最小二乘直线 直线方程的形式为 且对于各个标定点（xi，yi）偏差的平方和最小的直线；式 中a、b为回归系数，且a、b两系数具有物理意义； ④过零最小二乘直线 直线方程的形式为 且对各标定点（xi，yi）偏差的平方和最小的直线。 静态特性指标 产品型号：CLBSB板环式拉压力传感器主要技术指标 ??? ?测量范围：0--1000Kg 输出灵敏度：1.5--2.0V/V 非线性： 0.0２级 ；0.05级 ；0.1级 迟滞： 0.0２级 ；0.05级 ；0.1级 重复性：0.0２级 ；0.05级 ；0.1级 ?综合精度：0.03级；0.1级 ?零点温度系数：? 0.05%F.S ?灵敏度温度系数：0.05%F.S ?零点不平衡输出：1%F.S ?输入阻抗：? 685±30Ω ；?????输出阻抗：? 650±5Ω ?激励电压：? 10V(或12V） ； 工作温度： -20---+80℃ 7．分辨率 分辨率是指测量系统能测量到输入量最小变化的能力，即能引起响应量发生变化的最小激励变化量，用△x表示。由于测量系统或仪器在全量程范围内，各测量区间的△x不完全相同，因此常用全量程范围内最大的△x即△xmax与测量系统满量程输出值YFS之比的百分率表示其分辨能力，称为分辨率，用F表示，即 微分性质 若X (t)→ y (t)，则 即，系统对输入微分的响应，等同于对原输入响应的微分。 线性时不变系统有两个十分重要的性质，即叠加性和频率不变性。根据叠加性质，当一个系统有n个激励同时作用时，那么它的响应就等于这n个激励单独作用的响应之和。 即各个输入所引起的输出是互不影响的。 在分析常系数线性系统时，可将一个复杂的激励信号分解成若干个简单的激励，如利用傅里叶变换，将复杂信号分解成一系列谐波或分解成若干个小的脉冲激励，然后求出这些分量激励的响应之和。 频率不变性表明，当线性系统的输入为某一频 率时，则系统的稳态响应也为同一频率的信号。 1．传递函数 如果y(t)是时间变量t的函数，并且当t≦0时，y(t)=0，则它的拉普拉氏变换 Y(S)的定义为: 可以记为 对微分形式有 对卷积形式： 测定方法（频率响应函数可用实验的方法测定） a.用正弦激励及其响应测定； b.非正弦的，在零初条件下，作 和 的付氏变换，求 。 几种典型响应的特点： 1）动态误差： 产生动态误差的原因： 一般测量系统的灵敏度是由静态标定获得的，也就是说用 的灵敏度 来判读测量系统的输出值，对动态信号测量来讲，由于一阶、二阶系统的幅频特性不可能做到从零频到无穷大是一条平直的直线，因此产生测量误差是必然的。 动态误差定义： 对动态测量来讲，由于测量系统的动态响应特性不够理想，造成输出信号的波形与输入信号的波形的畸变称之为动态误差。 2）稳态误差： 仅与系统动态特性参数有关，而不随时间变化的误差。 3）瞬态误差： 不仅与系统的动态特性参数有关，且随时间变化而变化，随时间的增大而减小的误差。 如图所示 精确地测定各频率分量的幅值和相位来说，理想的测量系统的幅频特性应当是常数，相频特性应当是线性关系，否则就要产生失真。 图为二阶系统的频率特性曲线 ★存在的问题： 没有涉及响应的全过程，测量结果的可靠性仅仅取决某些个别的瞬时值，尤其是零点不好确定，其次是动态测量中存在随机噪声的影响，必然影响到读数误差。 ★ 改进方法： 一阶测量系统